đồ án môn học tính toán động cơ

`
TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA Ô TÔ
------o0o------

BÀI TẬP LỚN
KẾT CẤU TÍNH TOÁN
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Học viên thực hiện:

Thái Vũ Song Ngà

Lớp:

DQS 02021

Giáo viên hướng dẫn: Đại úy, Thạc sĩ Kim Ngọc Duy

1.

TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2015


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, ô tô ngày càng được sử dụng phổ biến ở nước ta. Sự gia tăng
đột biến của các ô tô trong các lĩnh vực đi lại, vận chuyển hàng hóa làm cho nhu
cầu nghiên cứu để thiết kế sửa chữa, bảo dưỡng xe ô tô ngày càng được tăng cao
kéo theo sự đòi hỏi nguồn nhân lực dồi dào cho ngành công nghiệp ô tô.

Môn học “Kết cấu tính toán động cơ đốt trong” là môn đặc biệt quan
trọng đối với mỗi người kỹ sư nghiên cứu về ngành công nghiệp ô tô. Bài tập
lớn môn học giúp học viên bước đầu làm quen với công việc tính toán thiết kế
tránh khỏi những vướng mắc trong quá trình công tác sau này. Bài tập giúp học
viên biết cách tính toán các quá trình công tác, đặc tính ngoài của động cơ,… và
rất nhiều kiến thức thiết thực và bổ ích cho học viên chuyên ngành công nghệ kỹ
thuật ô tô.
Được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy giáo bộ môn Động cơ – Điện
Khoa Ô tô, trong đó đặc biệt là thầy giáo Kim Ngọc Duy đã giúp cho chúng tôi
có thêm nhiều kinh nghiệm trong quá trình tính toán, thiết kế một động cơ cho
xe ô tô và hoàn thành bài tập đúng thời hạn. Tuy vậy, do sự hạn hẹp về sự non
kém trong kinh nghiệm làm bài, bài tập không thể tránh khỏi những sai sót,
mong được tiếp tục quan tâm giúp đỡ, chỉ bảo để tôi có thêm kinh nghiệm hoàn
thành tốt hơn các bài tập cũng như các kiến thức bổ ích cho học tập và công tác
sau này.
Xin chân thành cảm ơn./.
TP.HCM, tháng 12 năm 2015
Học viên thực hiện

Thái Vũ Song Ngà

2


TRƯỜNG SĨ QUAN KTQS
KHOA Ô TÔ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Họ và tên: Thái Vũ Song Ngà
Lớp: DQS 02021
I. SỐ LIỆU BAN ĐẦU.
− Tên động cơ: GAZ 49P trên xe BTR - 60BP. Nhiên liệu: Xăng 4 kỳ.
− Thứ tự công tác: 1-5-3-6-2-4.
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

−
−
−
−

NỘI DUNG
Đường kính xi lanh (D)
Số xi lanh (i)
Số kỳ (τ)
Hành trình công tác (S)
Thể tích công tác (Vh)
Tỉ số nén (ε)
Công suất định mức (Neđm)
Số vòng quay ứng với công suất định mức (n)
Góc mở sớm XP nạp
Góc đóng muộn XP nạp
Góc mở sớm XP thải
Góc đóng muộn XP thải
Khối lượng nhóm pít tông (mpt)
Khối lượng nhóm thanh truyền (mtt)
Chiều dài thanh truyền (ltt)
Góc đánh lửa sớm (φi ) (hoặc góc phun sớm)
Suất tiêu hao nhiên liệu (ge)

SỐ LIỆU
82
6
4
110
0,58
6,7
66,2
3400
9

51
47
13
0,579
0,885
120
25
357,9

ĐVT
mm

mm
dm3
KW
vg/ph
độ
độ
độ
độ
kg
kg
mm
độ
g/KWh

II. NỘI DUNG THỰC HIỆN.
Tính toán nhiệt chu trình công tác động cơ.
Vẽ đồ thị công chỉ thị.
Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.

III. BẢN VẼ.
01 bản vẽ A0 gồm: Đồ thị công chỉ thị; Đồ thị lực khí thể, lực quán tính và
tổng lực; Đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến; Đồ thị đặc tính ngoài của
động cơ; Đồ thị véc tơ phụ tải cổ khuỷu: Đồ thị mài mòn; Đồ thị lực T∑ .
Ngày giao BTL: 28/9/2015.
Ngày hoàn thành: /12/2015.
TP.HCM, ngày... tháng 12 năm 2015
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đại úy, ThS Kim Ngọc Duy
PHẦN 1

3


TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ

1. Những vấn đề chung
1.1.

Mục đích tính toán

Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về
kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để
làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn
các chi tiết.
1.2.

Chọn các số liệu ban đầu

1- Công suất có ích lớn nhất:

N emax = 66,2

[kW]

2- Mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay lớn nhất:

M emax =

N emax N emax
=
= 185,93
2π n
ω
60

[Nm]

3- Số quay trong một phút của trục khuỷu:

n = 3400

[vòng/phút]

4- Tốc độ trung bình của pít tông CTB:

CTB =

Sn 110.10−3.3400
=
= 12,467
30
30

5- Số xy lanh của động cơ:

[Nm]

i=6

6- Tỷ số giữa hành trình pít tông và đường kính xy lanh:
a=

λ=
7- Hệ số kết cấu:

S 110
=
= 1,341
D 82

R S
110
=
=
= 0,458
L 2 L 2.120

4


8- Tỷ số nén:

ε = 6,7

9- Hệ số dư lượng không khí

α

Hệ số dư lượng không khí là tỷ số giữa lượng không khí thực tế nạp thực
tế vào xy lanh L1 và lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn
toàn 1 kg nhiên liệu L0, nghĩa là:

α=

L1
L0

Giá trị của α được chọn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu động cơ,
phương pháp tạo hỗn hợp công tác, công dụng và chế độ sử dụng.
Đối với động cơ xăng ở chế độ công suất lớn nhất có

α = 0,85 − 0,90

α = 0,90

.

Ta chọn
.
10- Nhiệt độ môi trường T0
Nhiệt độ của môi trường cũng có ảnh hưởng đến chất lượng của quá
trình trao đổi khí. T0 càng cao thì không khí càng loãng nên khối lượng riêng
giảm. Giá trị của T0 thay đổi theo mùa và theo vùng khí hậu. Để tiện tính
toán người ta lấy giá trị trung bình T0 cho cả năm. Giá trị trung bình T0 ở

nước ta theo thống kê của nha khí tượng là

T0 = 240 C = 2970 K

11- Áp suất của môi trường p0:
Giá trị của p0 phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao
thì p0 càng giảm nên không khí càng loãng. Để tiện sử dụng trong tính toán
người ta thường lấy giá trị của p0 ở độ cao của mức nước biển là:

 MN 
p0 = 0,103  2 
m 

5


12- Hệ số nạp
Hệ số nạp

ηv

ηv

và áp suất cuối quá trình nạp pa:

là tỷ số giữa lượng khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ và

lượng khí lý thuyết có thể nạp đầy vào xy lanh trong một hành trình của pít
tông khi nhiệt độ, áp suất trong xy lanh bằng nhiệt độ và áp suất trước cửa
nạp.
Giá trị của

ηv < 1

vì khí nạp bị loãng do bị sấy nóng trên đường nạp vào

xy lanh động cơ và do tổn thất thủy lực trong đường ống nạp.
Khi tính toán, người ta có thể chọn trước giá trị

ηv

của rồi tính giá trị

của pa hoặc ngược lại. Ở đây ta chọn trước giá trị của hệ số nạp
Chọn hệ số nạp của động cơ xăng với kiểu xu páp treo
Ta chọn

ηv = 0,75

ηv

ηv = 0,75 ÷ 0,82

.

.

13- Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr
Giá trị của pr phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có thời điểm bắt đầu
mở xu páp thải, số vòng quay của trục khuỷu và sức cản trên đường ống nạp
là những yếu tố quyết định.
Giá trị của pr tùy theo kiểu động cơ, đối với động cơ xăng:
pr = 0,11 ÷ 0,12

Ta chọn

[MPa].

pr = 0,12

[MPa].

14- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr
Khi tính toán, người ta thường lấy giá trị T r ở cuối quá trình thải cưỡng
bức.

6


Giá trị của Tr phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén
thành phần hỗn hợp

α

,

, số vòng quay n, góc đánh lửa sớm.

Đối với động cơ xăng
Ta chọn

ε

Tr = 900 ÷ 1100 0 K

.

Tr = 1100 0 K

15- Độ sấy nóng khí nạp

∆T

Trên đường vào xy lanh động cơ, khí nạp tiếp xúc với các chi tiết có
nhiệt độ cao của động cơ nên nhiệt dộ của nó tăng. Độ tăng nhiệt độ đó gọi
là độ sấy nóng khí nạp
Giá trị

∆T

∆T

.

phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kết cấu thiết bị sấy nóng, kết

cấu và cách bố trí của đường nạp, đường thải, số vòng quay n, hệ số dư
lượng không khí α… Trong các yếu tố thì tốc độ quay và cách bố trí các
đường nạp và thải có ảnh hưởng quyết định đến giá trị của
Ở động cơ xăng:
Ta chọn

∆T

.

∆T = 10 ÷ 30 0 K

∆T = 30 0 K

.

16- Chỉ số nén đa biến trung bình n1
Chỉ số nén đa biến của quá trình nén thực tế n’ 1 thay đổi trong khoảng
rộng từ điểm chết dưới đến điểm chết trên. Để thuận tiện trong tính toán mà
vẫn đảm bảo một độ chính xác nhất định, người ta dùng giá trị trung bình n 1
của nó với điều kiện là công nén đối với n’1 và n1 bằng nhau.
Giá trị của n1 được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau như
dùng công thức kinh nghiệm hoặc chọn bằng số liệu thực nghiệm.

7

Hệ số thực nghiệm n1 đối với động cơ xăng là
Ta chọn

n1 = 1,34

n1 = 1,34 ÷ 1,37

.

.

17- Hệ số sử dụng nhiệt

ξz

Hệ số sử dụng nhiệt ξz là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công chỉ thị
và tổng lượng nhiệt cung cấp từ đầu quá trình do đốt cháy nhiên liệu (điểm
c) cho đến điểm z).
Hệ số này đã tính đến các dạng tổn hao nhiệt khác nhau như truyền nhiệt
cho nước làm mát, do lọt khí qua khe hở giữa nhóm pít tông và vách xy
lanh, do cháy rớt và phân giải các phần tử nhiên liệu.
Đối với động cơ xăng

ξ z = 0,85 ÷ 0,92

. Ta chọn

ξ z = 0,92

.

18- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn
toàn một đơn vị khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt ẩm
hóa hơi của nước chứa trong sản vật cháy. Với nhiên liệu thể lỏng, Q T
thường được tính với 1kg nhiên liệu. Giá trị Q T có thể chọn theo số liệu thực
nghiệm hoặc công thức gần đúng.

Đối với nhiên liệu xăng:

 KJ 
QT = 44.103 

 kgnl 

19- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2
Chỉ số giãn nở đa biến thực tế n’2 thay đổi trong khoảng rộng suốt quá
trình giãn nở. Để thuận tiện trong tính toán mà vẫn đảm bảo một độ chính
xác nhất định, người ta dùng giá trị trung bình n 2 của nó với điều kiện là
công giãn nở đối với n’2 và n2 bằng nhau.
Giá trị của n2 được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau như
dùng công thức kinh nghiệm hoặc chọn bằng số liệu thực nghiệm.
8


Hệ số thực nghiệm n2 đối với động cơ xăng là
Ta chọn

n2 = 1,25

n2 = 1, 23 ÷ 1, 27

.

.

2. Tính toán các quá trình của chu trình công tác
2.1. Tính toán quá trình trao đổi khí
2.1.1. Mục đích
Xác định các thông số chủ yếu cuối quá trình nạp như áp suất cuối quá
trính nạp pa và nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta.
2.1.2. Thứ tự tính toán
γr
− Hệ số khí sót : là tỉ số giữa lượng sản vật cháy M r chứa trong thể tích
buồng cháy Vc ở cuối quá trình thải cưỡng bức và lượng khí nạp mới.

γr =

prT0
0,12.297
=
= 0,0736 [MPa]
(ε − 1) p0Trηv (6,7 − 1).0,103.1100.0,75

− Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Ta =

T0 + ∆T + γ rTr 297 + 30 + 0,0736.1100

=
= 379,9805 0 K
1+ γr
1 + 0,0736

− Áp suất cuối quá trình nạp pa:

pa =

(ε − 1)(1 + γ r )ηv p0Ta (6,7 − 1).(1 + 0,0736).0,75.0,103
=
= 0,0903 [MPa ]
ε T0
6,7.297

2.2. Tính toán quá trình nén
2.2.1. Mục đích
Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén.
2.2.2. Thứ tự tính toán
− Áp suất cuối quá trình nén:

9


pc = paε n1 = 0,0903.6,71,34 = 1,1547[MPa]
− Nhiệt độ cuối quá trình nén:

Tc = Taε n1 −1 = 379,9805.6,71,34−1 = 725,4821 0 K
2.3. Tính toán quá trình cháy
2.3.1. Mục đích

Xác định các thông số của quá trình cháy như áp suất pz và nhiệt độ Tz.
2.3.2. Thứ tự tính toán
Việc tính toán được chia làm 2 giai đoạn như sau:
a. Tính toán tương quan nhiệt hóa
 Mục đích việc tính toán tương quan nhiệt hóa là xác định những đại lượng
đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm cơ sở cho tính toán
nhiệt động.
 Thứ tự tính toán:
− Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu thể
lỏng:

M0 =

 Kmol 
1  gc g h g0 
1  0,86 0,13 0 
+
+
=
×
+
+
=
0,5119

÷

÷
 kgnl 
0, 21  12 4 32  0,21  12

4
32 



Trong đó: gc, gh, go là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của các
bon, hyđrô và ôxy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu. Đối với nhiên liệu
xăng có thể lấy gần đúng:

g c = 0,885; g h = 0,145; g o = 0

.

− Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu
Mt:

 Kmol 
M t = α M 0 = 0,9.0,5119 = 0, 4607 

 kgnl 

10


− Lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế M t đối với
động cơ xăng:

M1 = α M 0 +

Trong đó:

µnl

 Kmol 
1
1
= 0,9.0,5119 +
= 0,4695 

µnl
114
 kgnl 

là trọng lượng phân tử của nhiên liệu. Đối với xăng,

 Kmol 
µnl = 110 ÷ 114 

 kgnl 

, ta chọn

 Kmol 
µnl = 114 

 kgnl 

.

− Số mol của sản vật cháy M2:

Do

α = 0,9 < 1

M2 =
nên

gc gh
+
+ 0,79α M 0
12 2

Thay số ta được:

M2 =

 Kmol 
0,855 0,145
+
+ 0,79.0,9.0,5119 = 0,5077 

12
2
 kgnl 

− Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

β0 =

β0

:

M 2 0,5077
=
= 1,0814
M 1 0,4695

− Hệ số thay đổi phân tử thực tế:

β=

β 0 + γ r 1,0814 + 0,0736
=
= 1,0758
1+ γr
1 + 0,0736

b. Tính toán tương quan nhiệt động:
− Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình
nén µcvc được tính theo công thức:

11


 KJ 
µcvc = 20,223 + 1,742.10 −3.Tc 
0
 Kmol. 

Thay số vào ta có:
 KJ 
µcvc = 20, 223 + 1,742.10−3.725,4821 = 21, 4868 
0
 Kmol. 

− Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z (µcvz) được tính
theo công thức sau:
 KJ 
µcvz = 18, 423 + 2,596α + (1,55 + 1,38α )10−3.Tz 
0
 Kmol. 

Thay số vào ta có:

 KJ 
µcvz = 18,423 + 2,596.0,9 + (1,55 + 1,38.0,9)10 −3.Tz 
0
 Kmol. 
 KJ 
⇒ µcvz = 20,7594 + 0,0028Tz 
0
 Kmol . 
− Tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn:
 KJ 
∆QT = 120.103.(1 − α ).M 0 

 kgnl 

Thay số vào ta được:

 KJ 
∆QT = 120.103.(1 − 0,9).0,5119 = 6142,8571 

 kgnl 

− Nhiệt độ cuối quá trình cháy được xác định theo phương trình nhiệt động
sau:
(QT − ∆ QT )ξ z
+ µcvcTc = βµ cvzTz
M 1 (1 + γ r )

12


Thay số vào ta được:

(42000 − 6142,8571).0,92
+ 21,4868.725, 4821 = 1,0758.(20,7594 + 0,0028Tz )Tz
0, 4695.(1 + 0,0736)
Biến đổi phương trình trên ta đưa được về phương trình bậc 2 như sau:

Tz2 + 7435,3152Tz − 28194085,847 = 0
Giải phương trình trên ta được 2 nghiệm sau:

Tz = 2764,8571 0 K
Tz = −10199,5604 0 K

Vậy nhiệt độ cuối quá trình cháy là

λp =

(loại vì nghiệm âm)

Tz = 2764,8571 0 K

.

β Tz 1,0758.2764,2452
=
= 4,0092
Tc
725,4821

− Tỷ số tăng áp suất:
− Áp suất cuối quá trình cháy:

pz = λ p pc = 4,0992.1,1547 = 4,7335 [ MPa ]

.

2.4. Tính toán quá trình dãn nở
2.4.1. Mục đích:
Xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở.
2.4.2. Thứ tự tính toán:
− Áp suất cuối quá trình dãn nở:

pb =

p z 5,0353
=

= 0,4391 [ MPa ]
ε n2 6,71,25

− Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:

13


Tb =

Tz

ε n2 −1

=

2764, 2452
= 1718,1373 [ MPa ]
6,71,25−1

2.5. Kiểm tra kết quả tính toán
Sau khi kết thúc việc tính toán các quá trình của chu trình công tác có thể
dùng công thức kinh nghiệm để kiểm tra kết quả:
Tr =

Tb
1817,1373
=
= 1114,9534 0 K
pb

0,4391
3
3
pr
0,12

Sai số của nhiệt độ cuối quá trình cháy sau khi tính và khi lựa chọn là:

∆Tr =

1114,9534 − 1100
×100% = 1,3594% < 3%
1100

Vậy quá trình chọn nhiệt độ cuối quá trình cháy thỏa mãn yêu cầu đặt ra.

3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của
động cơ
3.1.

Các thông số chỉ thị

Đó là những thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ. Khi
xác định các thông số chỉ thị, ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà
xét các tổn thất về nhiệt. các thông số cần tính bao gồm:
a. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi':
− Đối với động cơ xăng:
p  λ 
1 
1 

1 
pi ' = c  p 1 − n2 −1 ÷−
1
−

÷ [ MPa ]
ε − 1  n2 − 1  ε  n1 − 1  ε n1 −1  
− Thay số vào ta được:
pi ' =

1,1547  4,0992 
1 
1 
1 
1−
−
1−
= 0,9733 [ MPa ]



1,25−1 ÷
1,34 −1 ÷
6,7 − 1 1,25 − 1  6,7
 1,34 − 1  6,7


14

b. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi:
− Đối với động cơ 4 kỳ: pi = p'i .ϕđ [MPa]
Trong đó: ϕđ là hệ số điền đầy đồ thị công. Hệ số này chỉ rõ sự khác
nhau giữa đồ thị công chỉ thị lý thuyết và đồ thị công chỉ thị thực tế. Giá trị
của ϕđ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc
góc phun sớm nhiên liệu, thành phần hỗn hợp, tốc độ quay, góc mở sớm su
páp xả v.v... Giá trị của ϕđ đối với động cơ xăng là: ϕđ = 0,90÷0,96.
Ta chọn ϕđ = 0,93.
Thay số vào ta có:

pi = 0,9733.0,93 = 0,9052 [MPa]

c. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
− Đối với động cơ bốn kỳ:
gi =

423. p0 .ηv  kg 
M 1. pi .T0  KWh 

Thay số vào ta có:
gi =

423.0,103.0,75
 kg 
= 0,2589 
0,4695.0,9052.297
 KWh 

d. Hiệu suất chỉ thị:

ηi =
3.2.

3600
3600
=
= 0,316
QT .gi 44000.0,2589

Các thông số có ích

Các thông có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động
cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán các thông số
chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ.
Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ là áp suất giả định, không đổi, tác
động lên pít tông trong một hành trình và gây ra công tổn hao bằng công tổn
15


hao của trao đổi khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao do ma sát ở các bề
mặt công tác.
Thứ tự tính toán các thông số có ích như sau:
a. Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng các công thức kinh
nghiệm theo vận tốc trung bình của pít tông C TB [m/s] và các thông số khác
của động cơ.

Đối với động cơ xăng có i=4<6 và

S
>1

D

khi mở hết bướm ga thì:

pcô = 0,05 + 0,015.CTB = 0,05 + 0,015.12,467 = 0,2432 [ MPa]

b. Áp suất có ích trung bình:
pe = pi − pcô = 0,9052 − 0,2432 = 0,662 [ MPa]

c. Hiệu suất cơ khí:

ηcô =

pe 0,662
=
= 0,7313
pi 0,9052

d. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích :
ge =

gi 0,2589
 kg 
=
= 0,354 

ηcô 0,7313
 KWh 

e. Hiệu suất có ích:

ηe = ηi .ηcô = 0,316.0,7313 = 0,2311
f. Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán :
p V in 0,662.0,58.4.3400
Ne = e h =
= 65,2689 [kW ]
30τ
30.4

16


Sai số giữa công suất có ích tính toán với công suất có ích lớn nhất
cho trước là:
∆N e =

N emax − N e
N emax

×100% =

66,2 − 65,2689
66,2

×100% = 1,4064% < 3%

Kết luận: Sai số đảm bảo
PHẦN 2
DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ CỦA CHU TRÌNH CÔNG TÁC
1. Khái quát

Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công
tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p-V. Việc dựng đồ thị được
chia làm hai bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó
để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình
công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc
thực tế trong động cơ.
Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng
khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở
sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.
2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
Ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình chu trình thực tế bằng
chu trình kín a-c-z-b-a. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng
quá trình cấp nhiệt đẳng tích cz, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá
trình rút nhiệt đẳng tích ba.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
− Tính toán các thể tích công tác, thể tích buồng cháy và thể tích toàn phần:
+ Thể tích công tác:

Vh = 0,58 [dm 3 ]

17


Vc =
+ Thể tích buồng cháy:
+ Thể tích toàn phần:

Vh
0,58

=
= 0,1018 [dm3 ]
ε − 1 6,7 − 1

Va = Vh + Vc = 0,58 + 0,1018 = 0,6818 [dm3 ]

− Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể
ở các điểm đặc trưng pa, pc, pz, pb, chỉ số nén đa biến trung bình n 1, chỉ số
dãn nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén ε, thể tích công tác Vh, thể tích buồng
cháy Vc. Ta xác định được tọa độ của các điểm đặc trưng như sau:
Điểm
r
a
c
z
b

Thông số

Giá trị

Đơn vị

pr
Vc
pa
Va
pc
Vc
pz

Vz
pb
Va

0,12
0,1018
0,0903
0,6818
1,1547
0,1018
4,7335
0,1018
0,4391
0,6818

MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3

1  MPa 
µp = 
50  mm 

µV =

1  dm 3 


225  mm 

− Chọn tỷ lệ xích:
,
.
− Dựng hệ tọa độ p –V với gốc tọa độ trên giấy kẻ ly theo tỷ lệ xích đã chọn,
ta xác định các điểm a, c, z và b trên hệ tọa độ đó:
− Nối các điểm c và z, b và a bằng các đoạn thẳng, ta được các đường biểu
diễn quá trình cấp nhiệt và nhả nhiệt.
− Dựng các đường nén đa biến ac và dãn nở đa biến zb. Để dựng các đường
ấy, ta có thể dùng phương pháp lập bảng.
Phương pháp lập bảng dựa vào phương trình của quá trình nén và dãn nở
đa biến.

Với quá trình nén đa biến:

pnVnn1 = paVan1

18


pdVdn2 = pbVan2

Với quá trình dãn nở đa biến:

Trong đó: pn, pd, Vn và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích
trên đường nén và dãn nở. Ta có thể đưa các phương trình trên về dạng:
pn = pa e1n1 vaø pd = pbe2n2
e1 =
Trong đó:

Vn =
thời). Khi đó:

Va
Vn

Va
e1

e2 =
và

Vd =
và

Va
Vd

Va
e2

là những tỷ số biến thiên (tỷ số nén tức

.

Nếu chọn trước các giá trị của e1 (biến thiên trong giới hạn 1÷ε) và e2
(biến thiên trong giới hạn 1÷ε), ta có thể xác định các cặp giá trị (p n, Vn) và
(pd, Vd) tương ứng. Mỗi cặp giá trị ấy cho một điểm tương ứng trên đồ thị p V. Kết quả tính toán được thống kê trong bảng. Đưa kết quả tính toán được
lên đồ thị và nối các điểm của cùng quá trình bằng một đường liền nét, ta có
đồ thị cần dựng.
Bảng 1. Xác định các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến.
Thứ tự
các điểm
trên
đường
nén và
dãn nở
đa biến
1
2
3
4
5
6
7
8

e1, e2

1
1,5
2
2,5
3

3,5
4
4,5

Vn =

Va
e1

[dm3 ]
0,6818
0,4545
0,3409
0,2727
0,2273
0,1948
0,1704
0,1515

pn = pa .e1n1
[MPa]

0,0903
0,1554
0,2285
0,3082
0,3934
0,4837
0,5785
0,6774

19

Vd =

Va
e2

[dm3 ]
0,6818
0,4545
0,3409
0,2727
0,2273
0,1948
0,1704
0,1515

pd = pb .e2n2
[MPa]

0,4391
0,7290
1,0444
1,3804
1,7337
2,1022
2,4840
2,8781

9
10
11
12

5
5,5
6
6,7

0,1364
0,1240
0,1136
0,1018

0,7801
0,8864
0,9960
1,1547

0,1364
0,1240
0,1136
0,1018

3,2832
3,6986
4,1236
4,7334

3. Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị
thực tế
Để được đồ thị công chỉ thị thực tế a' - c' - c" - z' - z" - b' - b" – b"' - a', ta
gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị lý thuyết.
Diện tích I xuất hiện do đánh lửa sớm gây ra. Khi đó một phần hỗn hợp

bị cháy trước trên đường nén nên áp suất cuối quá trình nén thực tế

p ''c

(ứng với điểm c’’) cao hơn áp suất cuối quá trình nén thuần tuý p c (ứng với
điểm c).
Điểm c' nằm trên đường nén thuần tuý. Vị trí của nó được xác định bởi
góc đánh lửa sớm và được dựng theo vòng tròn Brích.
 Thứ tự dựng vòng tròn Brích như sau:
+ Về phía dưới trục hoành đồ thị công p – V vẽ nửa dưới vòng tròn
Brích đường kính AB bằng khoảng cách từ ĐCT tới ĐCD trên đồ thị p – V,
tâm O, A tương ứng với điểm chết trên.

OO ' =
+ Về phía điểm chết dưới, xác định điểm O’ sao cho

Với tỷ lệ xích

OO ' =

1  dm 3 
µV =



225  mm 

, ta có:

AB.λ (0,6818 − 0,1049).0,458
=
= 36,33mm
1
4 µV
4.
550
20

AB.λ
4

.


+ Từ O’ dựng tia tạo với O’A một góc bằng với góc đánh lửa sớm

ϕi = 250

tia này cắt vòng tròn Brích tại một điểm. Từ điểm đó dựng đường

song song với trục áp suất, cắt đồ thị công tại điểm tương ứng, đó chính là
điểm c’.
Điểm c” được xác định theo quan hệ:
Ta chọn

p ''c = (1,15 ÷ 1,25) pc [MPa]

p ''c = 1,25 pc = 1,25.1,1547 = 1,4434[MPa]

.

.

Diện tích II xuất hiện do quá trình cháy xảy ra với thể tích tăng dần trong
khi lượng hỗn hợp cháy và tốc độ toả nhiệt của phản ứng cháy giảm dần. Kết
quả là áp suất trong xi lanh động cơ thay đổi từ từ theo một đường cong liên

tục và giá trị của áp suất lớn nhất

thuyết. Giá trị

p 'z

p 'z

nhỏ hơn giá trị

pz

ở chu trình lý

được xác định trong khoảng sau:

p 'z = (0,85 − 0,90) pz [MPa]

Ta chọn

p 'z = 0,90 pz = 0,90.4,7335 = 4,2601[MPa]

.

Diện tích III biểu diễn tổn hao của công dãn nở do xu páp thải mở sớm.
Khi đó áp suất trong xi lanh giảm nhanh và quá trình dãn nở diễn ra theo
đường cong thực tế. Thời điểm bắt đầu mở xu páp thải được chọn sao cho
diện tích III không lớn mà vẫn bảo đảm thải sạch sản vật cháy và tổn hao ít
công cho quá trình thải chính. Đối với động cơ được kiểm nghiệm, giá trị
của góc mở sớm xu páp thải đã được cho trước và vị trí của điểm b' trên
đường dãn nở được xác định theo vòng tròn Brích.
Ta xác định điểm b’ theo vòng tròn Brích tương tự như điểm c’, chỉ khác
thay góc đánh lửa sớm bằng góc mở sớm xu páp thải.
21


Diện tích IV biểu diễn một phần của công tổn hao cho quá trình trao đổi
khí. Phần còn lại của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí (giới hạn bởi

diện tích a'raa' đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí

ηcô

. Do đó khi tính

toán công của chu trình thực tế ta không xét đến nữa. Tuy nhiên, để tính toán
động lực học, ta vẫn phải dựng đường nạp r-a và thải b"-r. Thứ tự dựng các
đường đó như sau:

Dựng điểm b" ở giữa đoạn thẳng a-b. Từ a và r, kẻ các đường song song
với trục hoành. Chọn điểm b''' trên đường thải cưỡng bức sao cho đường
cong không bị gấp khúc. Dựng điểm r" theo góc đóng muộn của xu páp thải
nhờ vòng tròn Brích. Vẽ đường cong lượn đều từ r" lên r và đường cong
lượn đều qua các điểm b', b", b"' sao cho các đường cong ấy không bị gãy
khúc.
Các góc hiệu chỉnh cơ bản của đường đồ thị công p – V :
− Góc đánh lửa sớm: 250
− Quá trình thải:
+ Góc mở sớm xu páp thải 470
+ Góc đóng muộn xu páp thải 130.
− Quá trình nạp:
+ Góc mở sớm xu páp nạp 90;
+ Góc đóng muộn xu páp nạp 510.

22


Hình 1. Đồ thị công chỉ thị của động cơ

23


PHẦN 3
XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ
1. Khái quát.
Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công
suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ
Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e vào số vòng quay của trục khuỷu n
[v/ph] khi bướm ga mở hoàn toàn.

Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động
cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay sử dụng một cách hợp lý khi
khai thác.
Đặc tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như thực nghiệm, công
thức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết. Ở đây giới thiệu phương
pháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-đéc-man.
2. Thứ tự dựng các đường đặc tính.
Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số
vòng quay n trong giới hạn giữa n min và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương
ứng của Ne, Me, Gnl, ge theo các biểu thức sau:
 n  n  2  n 3 
N e = N emax  +  ÷ −  ÷  [KW ]
 nN  nN   nN  


2

 n  
n
N
Me = Me 1 +
−  ÷  [Nm ]
n

N
 nN  

2

 n    kg 

n
N
ge = ge 1,2 −
+ 0,8  ÷  
n
nN    KWh 

N



Trong đó:
N emax
nN

là công suất có ích lớn nhất:

N emax = 66,2 [KW ]

là công suất ứng với công suất lớn nhất:

MeN

nN = 3400 [vg / ph]

là mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay

24

nN

:


M emax =

geN

N emax N emax
=
= 185,93 [Nm]
2π n
ω
60

là suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay

nN

:

 g 
 kg 
geN = 357,9 
= 0,3579 


 KWh 
 KWh 

N e Me ge
,
, là các giá trị biến thiên của công suất, mô men xoắn và suất
tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng giá trị số vòng quay được chọn trước.
Giá trị biến thiên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng
của ge và Ne theo biểu thức:
 kg 
Gnl = ge N e  
h

Chọn nmin = 600 [vòng/phút] và nmax = 3400 [vòng/phút].
Kết quả tính toán được thống kê thành bảng như sau:

Bảng 2. Kết quả tính toán các chỉ tiêu của đường đặc tính ngoài.
n [vòng/phút]
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800

N e [KW ]

Me [Nm]

Gnl [kg / h]

ge [g/KWh]

13,3801
18,3792
23,5129
28,7006
33,8613
38,9142
43,7785
48,3733
52,6177
56,4310
59,7323
62,4406

212,9515
219,3850
224,5319
228,3920
230,9655
232,2522
232,2522
230,9655
228,3920
224,5319
219,3850

212,9515

4,9663
6,5652
8,1167
9,6192
11,0751
12,4894
13,8682
15,2171
16,5394
17,8349
19,0977
20,3155

371,2
357,2
345,2
335,2
327,1
320,9
316,8
314,6
314,3
316,0
319,7
325,4

25